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以文獻資料庫分析尋找目前 熱門研究領域動向
以土壤科學分析為例
科技政策研究與資訊中心 科技政策研究與資訊中心
吳森博吳森博
2009/12/21
2009/12/21
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前言 前言
• 現今知識經濟的環境下，世界各國在科學與技術現今知識經濟的環境下，世界各國在科學與技術 方面的進步，可謂一日千里。
方面的進步，可謂一日千里。
• 儘速掌握新興的研究發展重點與趨勢儘速掌握新興的研究發展重點與趨勢，已成各國，已成各國 制訂科技政策的趨勢
制訂科技政策的趨勢
• 在數位媒體發達的今天，從大量龐雜的學術文獻在數位媒體發達的今天，從大量龐雜的學術文獻 中，透過先進資訊工具的輔助，快速掌握科學領 中，透過先進資訊工具的輔助，快速掌握科學領 域的發展，對優勢科技政策之分析與擬定，可提 域的發展，對優勢科技政策之分析與擬定，可提
供相當有價值的資訊。
供相當有價值的資訊。
3
研究前沿 (Research Front) 研究前沿
• 為一創新技術分析方法，有助於獲知目前哪些領域的研究為一創新技術分析方法，有助於獲知目前哪些領域的研究 成果之重要發現以主題式
成果之重要發現以主題式
( (
稱為”前沿議題”稱為”前沿議題”) )
的呈現，的呈現，以反映出當前科學家重點關注的方向 以反映出當前科學家重點關注的方向
• 本研究利用前沿本研究利用前沿
ESI (Essential Science Indicators) ESI (Essential Science Indicators)
資料庫資料庫 中最常被引用的論文為研究前沿主題，以研究前沿中最常被引用的論文為研究前沿主題，以研究前沿關鍵詞關鍵詞 及其引用之論文及其引用之論文，來擴充科學論文樣本，期望能夠掌握重，來擴充科學論文樣本，期望能夠掌握重
要科學技術發展的動向及需求 要科學技術發展的動向及需求
4
分析步驟
(1) (1)
論文下載 論文下載(2) (2)
資料剖析 資料剖析(3) (3)
主題偵測 主題偵測(4) (4)
多階層歸類多階層歸類(5) (5)
結果呈現 結果呈現5
論文下載
• 從從
ESI ESI
資料庫中最常被引用的論文群集 ，資料庫中最常被引用的論文群集 ， 辨識出跟欲研究主題相關的辨識出跟欲研究主題相關的研究前沿研究前沿
(Rese (Rese arch Front)
arch Front)
，利用其研究前沿關鍵詞或其，利用其研究前沿關鍵詞或其 引用文獻，進入引用文獻，進入 Web of Science
Web of Science
資料庫擴資料庫擴 大該研究前沿的論文樣本，以便後續的主 大該研究前沿的論文樣本，以便後續的主題領域分析 題領域分析
6
ESI Research Front ESI Research Front
辨識相關主題研究前沿 辨識相關主題研究前沿
(view papers) (view papers)
Web of Science Web of Science
相關引用文獻收集 相關引用文獻收集
Cited Papers Cited Papers
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資料剖析
• 從從
ESI ESI
資料庫下載之論文，經程式整理、過資料庫下載之論文，經程式整理、過 濾重複資料後，找出濾重複資料後，找出
13 13
個重要欄位 個重要欄位• 作者欄作者欄
(AU) (AU)
、論文標題、論文標題(TI) (TI)
、期刊全名、期刊全名(SO) (SO)
、論文關鍵字
、論文關鍵字
(DE) (DE)
、論文描述詞、論文描述詞(ID) (ID)
、論文、論文 摘要摘要(AB) (AB)
、作者所屬機構之國家、作者所屬機構之國家(C1) (C1)
、參考、參考 文獻文獻(CR) (CR)
、參考文獻篇數、參考文獻篇數(NR) (NR)
、被引用次、被引用次 數數(TC) (TC)
、論文出版年、論文出版年(PY) (PY)
、論文所屬領域別、論文所屬領域別(SC) (SC)
及及Web of Science Web of Science
之論文主鍵欄 之論文主鍵欄8
土壤： 19 Files, 212Rec ords
Cited Papers Cited Papers
檔案格式檔案格式
資料庫格式 資料庫格式
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主題偵測
• 利用引文分析利用引文分析
(citation analysis) (citation analysis)
與文字探與文字探 勘勘(text mining) (text mining)
技術，對下載的文件進行技術，對下載的文件進行研究主題的自動偵測與辨識 研究主題的自動偵測與辨識
• 在引文分析部分，需要建立「書目對」 在引文分析部分，需要建立「書目對」
(bi (bi bliographic coupling)
bliographic coupling)
或「共被引」 或「共被引」(co-citation)
(co-citation)
強度索引矩陣強度索引矩陣10
文件 m
文件 2
文件 1
文件 n
文件 2
文件 1
文件 A 文件 B 文件 A 文件 B
書目對書目對 共被引共被引
11
多階層歸類
• 將「詞彙」歸類成「概念」將「詞彙」歸類成「概念」
(concepts) (concepts)
• 「概念」歸類成「主題」「概念」歸類成「主題」
(topics) (topics)
• 「主題」歸類成「次領域」「主題」歸類成「次領域」
(sub-domains) (sub-domains)
• 「次領域」再歸類為「大領域」「次領域」再歸類為「大領域」
(domains) (domains)
，以便進行概括性的趨向分析
，以便進行概括性的趨向分析
12
結果呈現 結果呈現
13
土壤科學相關背景 土壤科學相關背景
• 土壤科學領域屬於農業中相當古老之科學土壤科學領域屬於農業中相當古老之科學
• 土壤學土壤學
(pedology) (pedology)
一詞，其初始概念來自一詞，其初始概念來自 於於1778 1778
年俄國學者年俄國學者Dokuchaev Dokuchaev
所建立之土所建立之土 壤形態學壤形態學(morphology) (morphology)
概念概念• 當時所發現之土壤稱之為 Podzol當時所發現之土壤稱之為
Podzol ( (
淋澱土淋澱土) )
，其意思為在灰白層下的土壤
，其意思為在灰白層下的土壤
(under(pod)a (under(pod)a sh(zola))
sh(zola))
14
15
土壤科學相關背景
• 早期之研究以增加農業生產力為主，然而隨著時代環境從早期之研究以增加農業生產力為主，然而隨著時代環境從 農業社會轉變成現今之工商、甚至是高科技社會，整個自 農業社會轉變成現今之工商、甚至是高科技社會，整個自
然環境受到了相當程度的
然環境受到了相當程度的破壞與污染破壞與污染
• 現今土壤科學之研究方向並不能僅單純滿足農業生產力現今土壤科學之研究方向並不能僅單純滿足農業生產力，， 進而必須擴展至如：土壤與地下水污染防制、土地利用與 進而必須擴展至如：土壤與地下水污染防制、土地利用與 品質改良、精緻農業及有機農業等同時兼顧環境保護與生 品質改良、精緻農業及有機農業等同時兼顧環境保護與生
產力之方向 產力之方向
• 顯示該科學正因應時代而有明顯的改變顯示該科學正因應時代而有明顯的改變，因此十分適合做，因此十分適合做 為本分析之學科對象
為本分析之學科對象
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土壤環境前沿議題 土壤環境前沿議題
Research Front (A group of keywords) CPP
SOIL-DERIVED DISSOLVED ORGANIC MATTER;
BIODEGRADATION; RELATED; PROPERTIES; CONTROLS 45 SOIL DEGRADATION DYNAMICS; DEGRADATION PRODUCTS;
BENZOXAZINOID ALLELOCHEMICALS; BENZOXAZINONE ALLELOCHEMICALS; TWO SOIL NONTARGET ORGANISMS
7.64
CARBON SEQUESTRATION; EUROPE; GLOBAL CONTEXT;
AGRICULTURAL SOILS; CROPLANDS 25.5 EFFICIENT NITROGEN USE; WHOLE-FARM NITROGEN
BALANCES; NUTRIENT BUDGETS; NUTRIENT MANAGEMENT;
RELATED INDICES
23
CPP: Citation per paper; ESI database
17
2355 (soil, carbon, sequestration, organic, potential) 4656 (carbon, soil, sequestration, organic, soil carbon) 3611 (great, plain, crop, great plain, crop system)
882 (farm, ecosystem, dynamic, carbon)
295 (respiration, soil respiration, untreate, aluminium, aci dification)
685 (net, exchange, farm, reconcil, farm model) 4961 (dissolv, matter, organic, organic matter, soil)
3905 (dissolv, matter, organic, dissolv organic matter, forest) 4866 (dissolv:1.5, organic: 0.8)
4697 (farm, dairy, nitrogen, balance, nutrient) 1655 (farm, dairy, nitrogen, system, environmental) 4583 (nutrient, management, balance, nitrogen,system) 3408 (benzoxazinone, wheat, allelochemical, derivati
ve, allelopathy)
5051 (wheat, dimboa, aphid, variety, comment on che mical ecology in wheat plant-pest)
1520 (benzoxazinone, allelochemical, product, derivat ive, organism)
4614 (guianensi, stylosanthe, phyto toxic, component, stylosanthe guianensi)
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農業用藥 土體環境
① 土壤有機態碳相關研究
② 耕作型態對於農地生態、環境之影響
③ 肥培管理對於環境之保護
④ 除草劑對於環境之影響
⑤ 生物防治用藥對於環境之影響
19
藉由日本前瞻相關議題驗證
藉由日本前瞻相關議題驗證
20
科技前瞻發展史 科技前瞻發展史
• 美國在二次世界大戰後（美國在二次世界大戰後（
1950-60 1950-60
）即採用技術）即採用技術 預測預測(Technology Forecasting) (Technology Forecasting)
來做為決策工具。來做為決策工具。• 日本（參考美國），自日本（參考美國），自
1970 1970
年起，由科技廳與未年起，由科技廳與未 來學研究所共同運用德菲法來學研究所共同運用德菲法
(Delphi) (Delphi)
來進行每五來進行每五 年一度的預測調查（未來年一度的預測調查（未來
10 10
至至20 20
年之間的科技年之間的科技 發展趨勢）。發展趨勢）。
•
1980 1980
年代中期，其他各國（尤其歐盟）亦紛紛進年代中期，其他各國（尤其歐盟）亦紛紛進 行這類的科技規劃活動。但漸漸以科技前瞻、研 行這類的科技規劃活動。但漸漸以科技前瞻、研 究前瞻（究前瞻（Foresight Foresight
）的概念替代科技預測。）的概念替代科技預測。21
1970 1970 1980 1980
1993 1993 1990 1990
1994 1994 1995 1995 1996 1996 1997 1997 1998 1998 1999 1999 2000 2000 2001 2001
2002 2002 2003 2003 2005 2005
日本第一回 日本第一回 日本第二回 日本第二回 日本第三回 日本第三回 日本第四回 日本第四回 日本第五回 日本第五回
日本第六回 日本第六回
日本第七回 日本第七回 日德比較 日德比較
日德 日德 mini delphi mini delphi
日本第八回 日本第八回
德國 德國 Delphi ‘93 Delphi ‘93
德國 德國 Delphi ‘98 Delphi ‘98
法國 法國 韓國第一回
韓國第一回
韓國第二回 韓國第二回
英國第一回 英國第一回
紐西蘭 紐西蘭 南非 南非 澳洲 澳洲
匈牙利 匈牙利 瑞典 瑞典
英國第二回 英國第二回 英國第三回 英國第三回 ( ( 實施中 實施中 ) ) 德國 德國 FUTUR FUTUR
APEC APEC EU EU 日德 日德 mini delphi mini delphi
日德比較 日德比較
技術預測最早源自
技術預測最早源自
美國
美國RAND
RAND公司
公司
日本開始大規模調查
日本開始大規模調查
歐洲開始跟進
歐洲開始跟進
世界各國紛紛加入
世界各國紛紛加入各國實施前瞻計畫的時間表 各國實施前瞻計畫的時間表
資料來源資料來源:NISTEP; STPI:NISTEP; STPI自行研究整理自行研究整理
科技基本法
科技基本法
第一期科技基本計劃
第一期科技基本計劃第二期科技基本計劃
第二期科技基本計劃第三期科技基本計劃
第三期科技基本計劃22
1. 1.
使用生物性殺蟲劑與驅蟲劑使用生物性殺蟲劑與驅蟲劑 (( 天敵、費洛蒙等天敵、費洛蒙等 )) 作害蟲防治的主要方法作害蟲防治的主要方法
2. 2.
利用天然環境力量達成利用天然環境力量達成化學合成農藥肥料的用化學合成農藥肥料的用 量減半的目的量減半的目的
生物防治法之科技前瞻議題
生物防治法之科技前瞻議題
23
生物防治生物防治法相關重要議題之趨勢 法相關重要議題之趨勢
第五回 第六回 第七回 第八回
90
80
70
60
50
40
重要 性
普遍使用生物性殺蟲劑與 驅蟲劑 ( 天敵、費洛蒙等 ) 作害蟲防治的主要方法。
（ 2004 ）
普及化使用生物殺蟲劑 ( 微 生物天敵、費洛蒙等 ) 來防 治害蟲。（ 2008 ）
藉著優勢生物法（例如天敵
、費洛蒙及相剋作用）的作 物保護技術，使得農業化學 品總量的減半。（ 2015 ）
化學合成農藥肥料的用量減 半，多利用生物防治法，例 如：噬菌體、植物防衛機能 活化劑、生物天敵、費洛蒙
、相剋作用等。（ 2013 ）
24
1. 1.
開發具有高固氮功能的共生藻類及真菌，開發具有高固氮功能的共生藻類及真菌，實際運用於水稻、豆類甚至非豆類作物上 實際運用於水稻、豆類甚至非豆類作物上
2. 2.
將土壤以微生物或相剋物質處理後，改善將土壤以微生物或相剋物質處理後，改善 作物連作生長遲緩的現象作物連作生長遲緩的現象
3. 3.
利用微生物將土壤中不能利用的固定磷溶利用微生物將土壤中不能利用的固定磷溶 解並促進作物吸收技術之普及化解並促進作物吸收技術之普及化
微生物之科技前瞻議題
微生物之科技前瞻議題
25
微生物相關重要議題之趨勢 微生物相關重要議題之趨勢
第五回 第六回 第七回 第八回
90
80
70
60
50
40
重要 性
開發具有高固氮功能的共 生藻類及真菌，實際運用 於水稻栽培上。（ 2008 ）
利用高效共生固氮菌之作 用開發新的水稻栽培技術。
(2010)
藉著高效共生固氮微生物之 發展及利用，開發非豆類作 物之培育方法。（ 2015 ） 土壤施用微生物或相剋物質
後，使其可以進行連作的技 術。（ 2007 ）
將土壤以微生物或相剋物質 處理後，改善作物連作生長 遲緩的現象。 (2011)
利用微生物將土壤中不能 利用的固定磷溶解並促進 作物吸收技術之普及化。
（ 2013 ）
藉著控制土壤中微生物相的 生物法來預防農作物連作失 敗之技術普及化。（ 201 6 ）
以大量根瘤附生品種實現多 產大豆的栽培技術。（ 201 4開發-2024普及）
26
1. 1.
連續低注水旱田耕作技術以減少地下水中的硝酸連續低注水旱田耕作技術以減少地下水中的硝酸 離子污染離子污染2. 2.
有效利用固定在土壤中磷的技術有效利用固定在土壤中磷的技術3. 3.
在日本普遍使用寬架曳引機，減少土壤受壓，達在日本普遍使用寬架曳引機，減少土壤受壓，達 到重視農業生態系的目的到重視農業生態系的目的
4. 4.
地區性農林業資源及有機廢棄物作為生質能源以地區性農林業資源及有機廢棄物作為生質能源以 實現低成本、零排放農林業與農村實現低成本、零排放農林業與農村
土壤品質之科技前瞻議題
土壤品質之科技前瞻議題
27
土壤品質與管理相關重要議題之趨勢 土壤品質與管理相關重要議題之趨勢
第五回 第六回 第七回 第八回
90
80
70
60
50
40
重要 性
有效利用固定在土壤中磷的 技術實際運用於作物栽培中。
（ 2005 ）
在日本普遍使用寬架曳引機
，是為減少土壤受壓，達到 重視農業生態系的目的。
（ 2004 ）
開發連續低注水旱田耕作技 術以減少地下水中的硝酸離 子污染。（ 2004 ）
地區性農林業資源及有機廢 棄物作為生質能源以實現低 成本、零排放農林業與農村。
（ 2014開發-2022普及)
28
1. 1.
利用人工智慧與電腦模擬技術對於森林、水源利用人工智慧與電腦模擬技術對於森林、水源、土壤等資源作管理
、土壤等資源作管理
2. 2.
將種植所需如土壤地圖網格數據與及其他如氣將種植所需如土壤地圖網格數據與及其他如氣 象及成長模式的數據之系統加以組合，使先進 象及成長模式的數據之系統加以組合，使先進農場經營系統在日本普及化 農場經營系統在日本普及化
3. 3.
利用全球規模的感測網建立農林水產生態系中利用全球規模的感測網建立農林水產生態系中 主要元素與物質循環的監控聯結系統主要元素與物質循環的監控聯結系統
地理資訊系統
地理資訊系統 (GIS) (GIS) 之科技前瞻議題 之科技前瞻議題
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GIS GIS
相關重要議題之趨勢 相關重要議題之趨勢第五回 第六回 第七回 第八回
90
80
70
60
50
40
重要 性
利用全球規模的感測網建立 農林水產生態系中主要元素 與物質循環的監控聯結系統。
（ 2019 ） 實際利用人工智慧與電腦
模擬技術之資源管理系統 以保育森林、水源、土壤 與其他自然環境，並使農 林生態系協調一致。（ 201 1 ）
將種植所需如土壤地圖網 格數據與及其他如氣象及 成長模式的數據之系統加 以組合，使先進農場經營 系統在日本普及化。（ 200 8 ）
實際利用人工智慧與電腦模 擬技術對於森林、水源、土 壤等資源作管理。（ 201 3 ）
將種植所需如土壤地圖網格 數據與及其他如氣象及成長 模式的數據之系統加以組合
，使先進農場經營系統在日 本普及化。（ 2013 ）
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日本土壤環境前瞻議題示意圖 日本土壤環境前瞻議題示意圖
提升土壤環境品質及管理 提升土壤環境品質及管理
固氮溶磷菌之利用 固氮溶磷菌之利用
資訊管理
資訊管理系統建立
系統建立生物殺蟲
生物殺蟲劑之利用
劑之利用微生物技術 微生物技術
G IS G IS
技術技 術
生
物防 治
生 物 防 治
土壤生態系統之保護
土壤生態系統之保護
土壤品質土壤品質
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農業用藥 土體環境
① 土壤有機態碳相關研究
② 耕作型態對於農地生態、環境之影響
③ 肥培管理對於環境之保護
④ 除草劑對於環境之影響
⑤ 生物防治用藥對於環境之影響
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結論
1. 1.
現今的土壤科學研究議題不再只是追求絕對的現今的土壤科學研究議題不再只是追求絕對的 高產量，而是在於追求兼顧環境保護與生產力 高產量，而是在於追求兼顧環境保護與生產力，以達農業永續經營之最終目標
，以達農業永續經營之最終目標
2. 2.
本研究結果與相關背景人員與國外研究議題之本研究結果與相關背景人員與國外研究議題之 認知似乎相當一致，顯示本研究在土壤科學領 認知似乎相當一致，顯示本研究在土壤科學領 域提供了相當程度的域提供了相當程度的客觀性客觀性背景資料背景資料
